[發(fā)明專(zhuān)利]平面透鏡

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200980134848.0
• 申請(qǐng)日: 2009-08-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102144178A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-08-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: A·特拉維斯;T·A·拉奇;N·埃默頓
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 微軟公司
• 主分類(lèi)號(hào): G02B6/00
• 分類(lèi)號(hào): G02B6/00;G02F1/1335
• 代理公司: 上海專(zhuān)利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 31100
• 代理人: 陳斌

背景

眾所周知，從透鏡的焦平面中的點(diǎn)發(fā)出的光線是準(zhǔn)直的，入射到透鏡上的平行光束集中在一點(diǎn)上。平面透鏡使從一點(diǎn)發(fā)出的光線準(zhǔn)直，但需要該點(diǎn)和光線準(zhǔn)直平面之間沒(méi)有光線扇出。然而在平面透鏡中，點(diǎn)和平面周邊是分開(kāi)的，在點(diǎn)和平面周邊之間中存在不合需要的空白(margin)。

普通透鏡和其每一個(gè)焦平面之間存在空間，這可能使光學(xué)系統(tǒng)體積龐大。一個(gè)建議的解決方案公開(kāi)了一種平面透鏡，該平面透鏡使從一點(diǎn)(或者說(shuō)是從一點(diǎn)到平面透鏡)發(fā)出的光線在長(zhǎng)錐形光導(dǎo)內(nèi)準(zhǔn)直。焦點(diǎn)和出射表面近似共面但相互移位，因?yàn)樵趦烧咧g設(shè)置了光導(dǎo)板以便光線能夠從焦點(diǎn)扇出到出射表面。

背投電視機(jī)通常是體積龐大的，因?yàn)橐曨l投影機(jī)和漫射屏幕之間需要空間以便畫(huà)面填充屏幕。該空間可用平面透鏡來(lái)替代，但是不需要使光線準(zhǔn)直，因?yàn)槠聊槐厝粫?huì)破壞準(zhǔn)直。因此，具有均勻橫截面的簡(jiǎn)單錐形光學(xué)波導(dǎo)就夠用了。然而，光導(dǎo)板(來(lái)自投影機(jī)的光線在光導(dǎo)板內(nèi)扇出)形成了屏幕上的空白，但用戶寧愿希望在這些地方看到畫(huà)面填充屏幕。

作為替代，可使用一對(duì)棱鏡將板包在屏幕后面，但是板、錐形波導(dǎo)以及棱鏡必須被精細(xì)地對(duì)準(zhǔn)，這可能是代價(jià)高的。在又一嘗試方案中，可在所有線性光學(xué)系統(tǒng)中顛倒光線的方向，可使用錐形光導(dǎo)來(lái)去除照相機(jī)和正被拍照的對(duì)象之間的空間。然而，這同樣需要光導(dǎo)板，使得光線能夠扇入。盡管可用折疊棱鏡去除所導(dǎo)致的空白，但是這仍然可能代價(jià)很高。

發(fā)明內(nèi)容

下面提供了簡(jiǎn)化的概述，以便提供對(duì)此處所描述的一些新穎實(shí)施例的基本理解。本概述不是詳盡的綜述，并且它不旨在標(biāo)識(shí)關(guān)鍵/重要元素或描繪本發(fā)明的范圍。其唯一的目的是以簡(jiǎn)化形式提出一些概念，作為稍后提出的更詳細(xì)描述的序言。

所公開(kāi)的是具有最少或無(wú)空白的平面透鏡作為錐形光導(dǎo)。不使用折疊棱鏡，并且可從單塊透明材料來(lái)制作光導(dǎo)。在一個(gè)實(shí)現(xiàn)中，錐形光導(dǎo)包括薄端，而其厚端是斜面鏡或光學(xué)等價(jià)物。斜面(bevel)是這樣的：通過(guò)薄端處一點(diǎn)入射的光線從光導(dǎo)表面之一準(zhǔn)直射出，通過(guò)光導(dǎo)表面之一以適當(dāng)角度入射的準(zhǔn)直光從薄端處的一點(diǎn)射出。

光導(dǎo)在平面顯示器和提供直接人類(lèi)觸覺(jué)交互的顯示器(不依賴于諸如鼠標(biāo)和鍵盤(pán)等傳統(tǒng)輸入設(shè)備)、照相機(jī)、投影電視機(jī)等中有具體的應(yīng)用，僅列舉了幾個(gè)例子。通過(guò)擠壓成型、注入成型、或擠壓成型和注入成型的組合/變型以及其他公知的技術(shù)，錐形光導(dǎo)可被制造成單件。

為了實(shí)現(xiàn)上述及相關(guān)目的，本文結(jié)合下面的描述和附圖來(lái)描述某些說(shuō)明性方面。這些方面指示了可以實(shí)踐本文所公開(kāi)的原理的各種方式，所有方面及其等效方面旨在落入所要求保護(hù)的主題的范圍內(nèi)。結(jié)合附圖閱讀下面的詳細(xì)描述，其他優(yōu)點(diǎn)和新穎特征將變得顯而易見(jiàn)。

附圖說(shuō)明

圖1例示出一種透鏡系統(tǒng)，其特性和尺寸減少或消除了顯示器上的空白。

圖2例示出從光源以不同角度入射到光導(dǎo)的受光面的光以及來(lái)自厚端處的反射面的偏轉(zhuǎn)光的例子。

圖3例示出具有以不同角度定向的受光面的替代光導(dǎo)，適合于提供根據(jù)臨界角離開(kāi)第一光導(dǎo)的鏡面反射光。

圖4例示出入射到光導(dǎo)的薄端中心的光線能夠扇出達(dá)到光導(dǎo)的寬度。

圖5例示出反射面可被配置成交替反射角的菲涅耳化表面。

圖6例示出具有曲面的光導(dǎo)的替代實(shí)施例，其中所有光線在離開(kāi)之前經(jīng)歷相同次數(shù)的反射。

圖7例示出在光線遇到反射面之前提供從錐形部分到具有平行邊的部分的平滑過(guò)渡的光導(dǎo)。

圖8例示出厚端的曲率半徑可以是光導(dǎo)長(zhǎng)度的兩倍。

圖9例示出采用各自厚端根據(jù)圖7和圖8所述的實(shí)現(xiàn)而彎曲的重復(fù)光導(dǎo)的表示的示圖。

圖10例示出當(dāng)光導(dǎo)表面是平面時(shí)推導(dǎo)出光導(dǎo)的最小厚度的技術(shù)。

圖11例示出用于將圖10繪制在球面上的技術(shù)，使得進(jìn)入光導(dǎo)表面任一端的光線在離開(kāi)薄端時(shí)相遇。

圖12例示出可被用于厚端處的反射面的光學(xué)性質(zhì)。

圖13例示出反射面可由布拉格反射器替代的透鏡系統(tǒng)。

圖14例示出反射面可由一對(duì)布拉格反射器替代。

圖15例示出透鏡系統(tǒng)的替代實(shí)施例，其中光導(dǎo)在薄端和厚端之間使用漸變折射率。

圖16示出可用于采用根據(jù)所公開(kāi)的架構(gòu)的透鏡系統(tǒng)的計(jì)算系統(tǒng)的框圖。

具體實(shí)施方式